전세계 샤프트 측정 시장을 선도하는 예놉틱의 기술과 미래지향적 기술 개발

광학 샤프트 측정 기술: 최첨단 정밀도, 정확도를 제공하는 차세대 측정 시스템

‘광학 샤프트 측정 기술’라는 말이 낯설겠지만, 이 기술의 장점을 틀림없이 한 번 정도는 경험해 봤을 것이다. 자동차나 항공기로 여행하는 경우가 그 예이다. 전기 모터, 터보 차저, 연료 분사, 정밀 베어링, 트랜스 액슬 또는 스핀들이 장착된 기계를 사용할 때마다 광학 샤프트의 품질 관리 이점을 누린다는 사실을 알게 된다면 더욱 놀랄 것이다.

많은 사람들의 목숨이 샤프트의 정밀 측정과 정확성에 달려있다

“간단히 설명하면, 광학 샤프트 측정은 모양이 원통형이고 대개 빠른 속도로 회전하는 구성요소를 측정합니다. 이는 특히 높은 정확도가 필요하며, 실린더형 부품 제조에서 단연코 중요한 단계입니다.”(스콧루콤스키, 예놉틱 측정 사업부 세일즈 디렉터) 대부분의 경우 사람의 목숨이 측정 정확성에 좌우된다고 해도 과언이 아니다. 예컨대, 제트 엔진의 중심에 있는 동심원 회전 샤프트 또는 조종사가 비행기의 유압 조향 시스템을 제어할 수 있는 스풀 밸브를 들어 설명할 수 있다. 부품의 정밀 측정도 까다로운 작업이다. 의료기기 내부의 샤프트를 상상해보자. 이 가상의 샤프트에는 두꺼운 부분, 얇은 부분, 원추형 부분, 편심 부분 및 구멍이 뚫린 평평한 부분이 있으며 한 쪽 끝에는 풀리, 캠 및 매우 가는 나사산이 있다. 모든 섹션이 정확하게 가공되었는지 어떻게 확인할 수 있을까? 광학식 샤프트 측정기 사용 이전에는 품질 관리 작업자가 완제품 샤프트를 무작위로 선택하여 측정실에서 슬라이드 캘리퍼와 마이크로미터를 이용하여 모든 측면을 힘들게 검사하고, 측정 결과를 기록하여 추후에 합불 판정표와 다시 비교하였다. 아마도 작업자는 핀 게이지 세트와 내경을 측정하는 데 사용하는 보어 게이지가 필요했을 것이다. 또한 작업자의 책상 위에는 샘플과 비교되는 구성요소 표본도 구비되어 있었을 것이다.

느리고 힘든 품질 검사는 이제 그만

이런 구식 품질 관리에는 수없이 많은 문제점이 있었다. 이는 익숙하지 않은 사람들에게는 실행하기 매우 힘든 프로세스였으며, 느리고 힘든 프로세스는 고속 제조 시스템에 적합하지 않았다. 또한 측정을 확인하는 동안 생산 라인을 정지해야 했고, 지금도 그렇듯 이 가동 중단은 추가적인 비용이 발생한다. 측정값이 지정된 공차 한계를 벗어난 것으로 확인되면 문제를 해결하는 동안 또 가동을 중지해야 했다. 또한 품질 관리 샘플을 채취하는 속도와 제품 품질의 허용 범위 사이에서 절충안을 찾아야 했다. 샘플을 많이 채취하는 것은 기계 다운타임이 길어지는 것을 의미했고, 반면에 테스트 수가 너무 적으면 전반적인 정확도 저하를 의미했다. 이 지루하고 시간과 비용이 많이 드는 품질 관리 시스템에는 인적 오류가 발생하기도 한다.

기술이 진화했다

“시간이 지남에 따라 품질 관리 방법이 발전하여 가동 중지 시간이 줄어들었고 완제품의 표준도 크게 개선되었습니다. 오늘날 광학 샤프트 측정은 기술 진화의 최전선에 있으며 제품 평가와 품질 보증의 최첨단이 되었습니다.”(스콧루콤스키) 첫 번째, 널리 사용되고 있는 예놉틱(Jenoptik) Opticline 제품군과 같은 광학 샤프트 측정 장비는 생산 환경의 중심에 있는 현장에 바로 설치할 수 있도록 설계되어 측정 작업자의 측정실로 가는 과정이 단축된다. 두 번째, 캘리퍼와 기타 수공구, 완벽한 부품 같은 기준이 필요하지 않다. 그 대신 구성품을 진동 및 기타 외부 요소를 차단할 목적으로 설계된 캐비닛 내부에 장착하면 모든 측정이 자동으로 이루어지고, 특수하게 ‘조정된’ 광원과 해당 목적을 위해 특별히 설계한 카메라를 사용한다. 이 정교한 장비는 높은 정확도로 작동하는 동시에 인적 오류 가능성을 상당히 줄여준다. 측정 기록표와 합불 판정 비교표를 잊어도 된다. 이 최신 장치는 즉시 결과를 기록하고 비교하여 자동으로 보고서를 생성한다. 이들은 직경, 길이, 나사산, 프로파일 및 형태를 몇 초 내에 측정한다. “기계 가동 중단 시간이 크게 단축되었습니다. 그리고 품질 검수가 더욱 빠르고 정확해진다는 것은 불량 부품이 줄어들고 값비싼 원자재의 낭비도 줄어든다는 의미입니다.”(스콧루콤스키)

이 기계는 광학 측정 기술 분야에서 수십 연간 축적된 경험의 결과이다. 바코드 판독기와 같은 재고 관리 및 식별 시스템과 쉽게 통합할 수 있고, 여러 생산 프로세스를 동시에 비교할 수 있다. 중요한 것은 프로브를 사용하여 공작물 형상을 검사하고 일반적으로 전문 작업자가 필요한 대체 좌표 측정기보다 훨씬 저렴하고 컴팩트 하다는 점이다.

작용하는 힘을 고려한다

병원에서 볼 수 있는 캠 샤프트, 크랭크샤프트, 피니언 및 피하 주삿바늘도 광학 샤프트 계측을 사용하여 높은 수준의 정확도로 제조할 수 있으며, 최종 사용자의 편안함과 안전을 모두 보장한다.

다음에 비행기에 탑승한다면 잠시 눈을 감고 목적지까지 날아갈 제트 엔진을 생각해 보자. Rolls Royce Trent XWB 엔진에는 3개의 동심 샤프트가 있다. 이는 다른 샤프트 내에서 회전하는 샤프트 내에서 회전하는 샤프트이다. 외부 고압 샤프트는 약 12,000RPM으로 회전한다. 가운데 중간 샤프트는 약 9,000 RPM으로 회전하고, 내부 저압 샤프트는 약 3,000RPM으로 회전한다. 이 샤프트들은 97,000 파운드의 추력을 생성하는데, 이는 미터법으로 44ton의 무게로 압박을 받는 것과 같다. 샤프트에 이렇게 큰 힘이 작용한다는 점을 생각하면, 회전하는 원통형 부품을 제조할 때 정확성이 얼마나 중요할지 이해할 수 있을 것이다.